第4章温室设施环境调节与控制4

第四章温室设施环境调节与控制第四节温室设施空气环境的调节控制

温室设施内的空气环境，包括气流速度与气体组分两个方面。对于植物，其最重要的气体组分是CO2。一、CO2环境的调控

（一）CO2的环境与作物的生育

绿色植物进行光合作用的反应为：

光能6CO2+6H2OC6H12O6+6O2叶绿素

可见CO2是植物生命活动必不可少的物质，是光合作用的原料。植物对CO2吸收的速率反映了其光合作用的强度和物质生产的效率。

研究表明，CO2从叶片周围空气至叶绿体的扩散通量大致上与空气至叶绿体间的CO2的浓度差成正比，与整个通道的扩散阻抗成反比。因此，提高作物周围空气环境的CO2浓度（扩大浓度差），增加紊流交换，调节土壤水分与空气湿度等（降低扩散阻抗），都是提高CO2扩散通量，即提高作物光合强度的有效措施。正确使用：可提高产量30%左右图4-38温室中的CO2收支换气进入CO2室外浓度>室内温室内空气CO2光合成（昼）CO2气源室外CO2（昼夜）呼吸土壤中CO2微生物

呼吸

呼吸换气逸出CO2室外浓度<室内土壤呼吸（二

）CO2肥源及施肥设备①有机肥发酵

依靠有机物分解产生CO2，肥源丰富，成本低，简单易行。但CO2的发生较为集中，且发生量不便调控。②燃烧碳氢化合物

依靠燃烧煤油、天然气或液化石油气等燃料获得CO2。燃烧1L煤油可产生2.5kg（1.27m3）CO2和33440kJ热量。要求燃烧后的气体中的SO2及CO等有害气体不能超过对植物产生危害的浓度，因此要求燃料纯净，并采用专用的CO2发生器。CO2发生器通常包括燃烧筒、燃烧器、送风机和控制装置组成，燃烧产生的CO2由送风机吹送扩散到室内。该法控制容易，但成本较高。在国外采用较多，国内应用较少。③燃烧普通燃煤或焦炭

燃料来源容易，一般1kg煤燃烧后大约产生2～4kg的CO2，因此费用低廉。但燃烧中常产生SO2及CO等有害气体，不能直接作为气肥使用。图4-39为国内厂家开发的采用普通炉具的CO2发生设备，在使用中是将普通煤炉燃烧的烟气经过过滤器除掉粉尘和煤焦油等成份，再用气泵送入反应室，烟气通入特别配置的药液中，通过化学反应，有害气体被吸收后，输出洁净的CO2。

普通煤炉烟筒曝气管药液反应室气泵CO2过滤器图4-39采用普通燃煤的温室气肥增施设备④液态CO2

作为酒精工业等生产的副产品，CO2经压缩为液态后盛放于钢瓶内，使用时打开阀门释放到温室内。为了能方便地控制，应在钢瓶出口装设压力调节阀，将CO2压力降至0.1～0.15Mpa后释放，在采用自动控制系统时，还需再增设电磁阀，根据室内CO2传感器检测的CO2浓度和施用浓度的要求，控制电磁阀自动施用。为使CO2在温室内均匀扩散，需采用管道输送，可采用8～10mm直径的塑料管，沿管长按每0.8～1m的距离开设小孔，并在室内采用循环风机使空气流动，以促进CO2的均匀扩散。这种方式使用简便，便于控制，费用也较低，适合附近有液态CO2副产品供应的温室生产地区使用。⑤化学药剂发生CO2

在我国温室生产中也广泛采用碳酸氢铵与硫酸反应产生CO2，是利用如下反应：2NH4HCO3+H2SO4=(NH4)2SO4+2H2O+2CO2↑

实际使用中采用工业硫酸（浓度92%），与碳酸氢铵的重量比例为1:1.5。目前国内已研制有专用的发生器，也有直接在塑料桶或瓷器等简易容器中反应的。该方法设备构造简单、操作简便、费用低，其反应副产物硫酸铵可作为化肥施用。此外在生产中也有采用盐酸与石灰石（碳酸钙）反应产生CO2的，即利用如下反应：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

（三）CO2环境的调控

当温室内CO2浓度低于室外大气中CO2浓度水平时，可通过通风引入室外大气补充CO2。为达到室内一定CO2浓度所需通风率由式4-41确定。通风换气是最为经济有效的补充CO2的方法，且在春、夏、秋季，通风换气也是温室温度环境等调控经常性的要求。但通风换气最多只能将室内CO2浓度提高到接近室外大气中浓度的水平，在冬季通风换气还会排出室内热量，不利节能。为此，在冬季温室需密闭管理的季节，应考虑进行CO2施肥增加室内CO2浓度。①CO2施用的浓度

在一定范围内，温室内CO2的浓度越高，其增产的效果越显著。但是，过高的施用浓度将过多增加施用的成本，且温室密闭性较差时，CO2向室外渗透的损失浪费也增大。长时期采用过高的CO2施用浓度，植物光合作用增强的反应将变弱，并同时易产生叶片黄萎、褐变和早衰等障害。因此，CO2施用浓度应适宜。建议浓度:1000~4000ppm,晴天情况下施用效果显著。浓度过高,叶片会焦叶;

浓度过低,达不到增产目的。

首先，CO2施用浓度应在CO2饱和点以下。根据栽培试验结果，多数植物在800～3000mL/L的浓度有较好的增产效果，而从经济性和避免长期施用产生植物生理障害的角度考虑，一般采用的CO2施用浓度宜在500～1500mL/L范围内。具体施用浓度应根据植物种类、生育期和天气条件等因素而定。光照强烈时植物光合作用较强，CO2消耗量大，因此晴天可采用较高的浓度，阴天应采用较低浓度。②CO2的施用量

考虑植物光合作用对CO2吸收的速度、温室空气渗漏产生的CO2损失和温室内土壤呼吸补充部分CO2等因素，CO2的每小时施用量Gc可按下式计算：

Gc=nV(Ci－Co)+3600As(fcP－Ps)g/h（4-30）式中 Ci ——设定的室内空气CO2浓度，g/m3，一般情况下，1g/m3=530mL/L；

Co ——室外空气CO2浓度，一般可取为0.6g/m3；

n ——换气次数，次/h，一般1～3次/h；

V ——温室内容积，m3；

As ——温室地面面积，m2；

P ——单位植物叶面积对CO2的平均吸收强度，与植物的种类、生育阶段、生长情况、温度及光照强度等因素有关、一般约为0.5×10-3g/(m2·s)~0.8×10-3g/(m2·s) fc ——植物叶面积指数，一般为2～5；

Ps ——单位温室面积的土壤CO2呼出强度，g/(m2·s)，与土壤中有机质含量，土壤温度、含水量和通气状况等有关，一般情况可取为0.03～0.2×10-3g/(m2·s)。一般每1000m2温室，根据不同的施用浓度和使用时间长短，晴天施用量约需10～30kg，阴天施用量约5～15kg，雨天一般不考虑施用。③CO2的施用时期

在CO2施用的季节上，由于CO2易逸散，故在白昼需整天通风的季节，不应进行CO2施用。从植物生长期看，叶菜和根菜类在前期施用较好;果菜类蔬菜，为避免茎叶过于繁茂，应在开花结果期，CO2吸收量较快增长时开始施用。

在一天之内的施用时间，一般作物上午的光合产物要占全天的3/4，下午仅占1/4。利用14C同位素跟踪试验，在一天中不同时间施用CO2后，在黄瓜各器官中14C的分配比率不同，上午施用的CO2在果实、根中的分配比率较高；下午施用时、在叶内积累较多，这将促使枝叶过于繁茂，还可能造成叶片内淀粉积累而早衰。按照CO2施用时间与番茄产量的关系试验，也得出上午施用的产量为高。因此，一般选择在上午进行CO2施用，下午一般不考虑施用。施用的开始时间，在日出后1小时左右为宜，在北京地区冬季大约为上午9时左右。其施用时间的长短，应根据栽培目标与环境温度、光照条件而定，一般在换气之前30分钟停止施用较为经济。在整个栽培过程中，在施用首期和末期，每天施用的时间应短些，浓度应渐变，以便作物驯化，逐步适应新的CO2环境，避免植株早衰。二、气流速度

温室内空气的流动对室内气温、湿度以及CO2的分布、植物的蒸腾、叶温及对CO2的吸收等产生影响。室内适当的气流有利于室内气温、湿度和CO2的均匀分布。据观测资料，在晴天进行自然通风的温室内，植物生育层内部的CO2浓度比层外低50～60mL/L，如果提高气流速度，将有利于CO2向植物群体内部流动扩散。

流经植物叶片的气流速度显著影响叶片蒸腾和对CO2的吸收，气流速度低于0.5m/s左右时，叶片表面气流边界层对CO2和水蒸汽扩散的阻力较大。提高气流速度到0.5m/s以上，将显著降低边界层的水蒸汽和CO2传输的阻力，有利于植物对CO2的吸收，提高光合强度。一般认为设施内的气流速度可以提高到0.50～1m/s左右，具体数值还需结合栽培植物种类、生育阶段和室内其他环境条件而定。室内湿度较高、光照较强时，气流速度可以高一些。

但在低湿、高温情况下，如果风速超过一定限度，蒸腾作用过于旺盛，叶片水分过分减少，促使气孔开度缩小，从而增大了CO2扩散阻抗，光合强度反而降低。与露地相比，在温室相对封闭的空间内，气流速度通常偏低，尤其是在不进行通风时，室内气流速度很低。可考虑在室内设置气流循环风机，促使室内空气流动。此外，室内气流还应分布均匀，应在布置通风系统时加以充分考虑。三、有害气体控制

在温室内，因各种原因有时会出现一些有害气体，由于温室内空间相对封闭，有害气体一旦产生易积聚起来，当达到一定浓度时，将对园艺作物产生毒害作用。主要有害气体有：

氨气和二氧化氮二氧化硫和一氧化碳乙烯和氯气氟化氢（HF）臭氧（O3）（一）

氨气和二氧化氮

氨气和二氧化氮在肥料的分解过程中产生，特别是过量施用鸡粪、尿素等肥料的情况下容易发生。其危害是由植物的叶片气孔进入植物体内而产生碱性损害，主要侵害植株的幼芽，使叶片的周围呈水浸状，其后变成褐色而渐渐地枯死。这种危害往往是在施肥后10天左右发生。空气内NH3的浓度达到5mL/L、NO2气体浓度达到2mL/L以上即可对植物产生危害。因此温室中这二种有害气体应控制上述浓度以下，其有效措施是通风换气。（二）二氧化硫和一氧化碳

在温室中放置采用煤、燃油等燃料的加温炉具、暖风机或CO2施肥设备时，如燃料中含硫较多，燃烧后将产生SO2气体；未经腐熟的粪便及饼肥等在分解过程中，也会释放出SO2。

SO2遇水或在湿度大的空气中将产生亚硫酸（H2SO3），能直接破坏作物叶绿体。一般SO2经叶片气孔侵入叶肉组织，生理活动旺盛的叶片先受害，产生如气孔机能失调、叶肉组织细胞失水变形、细胞质壁分离等，使植物的新陈代谢受到干扰，光合作用受到抑制，氨基酸总量减少。蔬菜受害的叶片先呈现斑点，进而褪色漂白而坏死。

防止产生CO和SO2危害的关键在采用质量合格的加温设备和CO2施肥设备、低硫的清洁燃料和合理的使用管理方法。尤其是CO2施肥设备，因为是利用燃烧后的烟气，因此使用的设备和燃料应该是合格的产品，保证使烟气中CO、SO2产生量不超过规定限值，使用中保证供给足够的新鲜空气，使燃料充分燃烧。加温设备则应使燃烧后的烟气排出室外，不产生泄漏到室内的情况。（三）乙烯和氯气

温室内的乙烯气体和氯气来源于使用有毒添加剂的塑料薄膜或塑料管材等。当室内乙烯浓度达到一定程度时将对植物造成危害，其表现为叶片